(57)【要約】【課題】インバータを用いた複数の電動機を合理的に駆動する。【解決手段】巻線４１、４２、４３を有する第１の電動機４４と、巻線４５、４６、４７を有する第２の電動機４８を、直列に接続して１つのインバータ４９に接続することにより、合理的に駆動されるようにしたものである。【選択図】図１
2006101580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を有する複数の電動機と、インバータを有し、前記複数の電動機は直列に接続して前記インバータに接続して駆動する構成としたインバータ装置。
【請求項２】
第１の電動機は永久磁石を有し、前記永久磁石と巻線の相対位置を検知する位置検知手段を有する構成とした請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
第２の電動機は誘導電動機とした請求項２記載のインバータ装置。
【請求項４】
第２の電動機はリラクタンス電動機とした請求項２記載のインバータ装置。
【請求項５】
第２の電動機に負荷として設けたファンを有し、前記ファンはインバータを冷却する構成とした請求項１記載のインバータ装置。
【請求項６】
複数の電動機の巻線はいずれも３相であり、インバータから３相の交流出力を受ける構成とした請求項１記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用や業務用として用いられ、各種の電気機器の動力源として用いられ、電気パワーを機械パワーに変換して機械負荷を駆動するインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のインバータ装置は、複数の電動機を駆動するために、それぞれ別々のインバータの出力に接続して駆動する（例えば、特許文献１参照）。図６は、特許文献１に記載された従来のインバータ装置の回路図を示すものである。図６に示すように、合計３個の電動機、すなわち、圧縮機５、冷却用ＤＣファン８、庫内用ＤＣファン１０が設けられており、これらを駆動する電子制御回路１２は、交流の電源から電源用トランス１３、制御用電源１４、マイクロコントローラ１５、３相６石構成の圧縮機駆動用インバータ２３、ゲートアンプ２４、ファン駆動用インバータ２５を有しており、圧縮機５は圧縮機駆動用インバータ２３の出力に接続されて駆動され、冷却用ＤＣファン８は圧縮機駆動用インバータ２３とは別に設けた、ファン駆動用インバータ２５によって駆動され、さらに、庫内用ＤＣファン１０についてもファン駆動用インバータ２５を専用に設けて駆動するものであり、３個の電動機をそれぞれ別々のインバータ、すなわち、合計３個のインバータで駆動する構成のものであった。
【特許文献１】特開平１１−２８１２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、複数の電動機を別々に制御できるという利点はあるが、例えば、冷却ファンのように他の電動機の駆動時に同時に駆動されれば問題ないようなインバータ機器の場合には、電動機の数に応じてインバータの数も増えることから構成部品数が増大し、コスト、形状が大となるという課題を有しているものであった。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するもので、同時に駆動される複数の電動機を接続するインバータ装置で複数の電動機を同一のインバータから駆動することにより、電動機の数に対してインバータの数を少数とし、コスト、形状が小なるインバータ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、巻線を有する複数の電動機と、インバータを有し、前記複数の電動機は直列に接続して前記インバータに接続して駆動するものである。
【０００６】
これによって、１つのインバータから出力される電流が、１つの電動機の巻線を通過後、直列接続された別の電動機の巻線も通過することから、１つのインバータから複数の電動機に電流が供給されて駆動されることになり、インバータ数が電動機の数に対して少数とすることが可能となり、コスト、形状が小なるインバータ装置を実現させることができるものとなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のインバータ装置は、１つのインバータから複数の電動機に電流が供給されて駆動されることになり、インバータ数が電動機の数に対して少数とすることが可能となり、コスト、形状が小なるインバータ装置を実現させることができるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、巻線を有する複数の電動機と、インバータを有し、前記複数の電動機は直列に接続して前記インバータに接続して駆動する構成とすることにより、直列に接続された電動機は同一のインバータから電力が供給されて駆動されるので、インバータを少数とし、コスト、形状を小とすることができる。
【０００９】
第２の発明は、特に、第１の発明の第１の電動機は永久磁石を有し、前記永久磁石と巻線の相対位置を検知する位置検知手段を有する構成とすることにより、第１の電動機が永久磁石と巻線に供給された電流によって出力を発生し、かつ永久磁石に対する電流の位相に関しても位置検知手段の作用によって的確に制御されるため、第１の電動機を高効率で駆動することができ、さらに第１の電動機以外の電動機にも同一のインバータからの電流供給がなされることから、電動機数に対してインバータを少数とすることができ、高効率の上に、コストと形状が低となる構成が実現できるものとなる。
【００１０】
第３の発明は、特に、第２の発明の第２の電動機を誘導電動機としたことにより、非常に簡単な構成で、インバータの出力周波数が大きく変動した場合などでも脱調がなく、良好に負荷を駆動することができ、インバータの数を少なくしてコスト、形状を抑えた構成が実現できるものとなる。
【００１１】
第４の発明は、特に、第２の発明の第２の電動機をリラクタンス電動機としたことにより、比較的簡単な構成で、インバータの出力周波数にほぼ同期した速度で負荷の駆動を行う、コスト、形状を低減した装置の実現を行うものである。
【００１２】
第５の発明は、特に、第１の発明の第２の電動機の負荷として設けたファンを有し、前記ファンはインバータを冷却する構成とすることにより、インバータを増やさない簡単な構成で効果的なインバータの冷却が可能となり、装置の形状、コストの抑えられる構成が実現できるものとなる。
【００１３】
第６の発明は、特に、第１の発明の複数の電動機の巻線はいずれも３相であり、インバータから３相の交流出力を受ける構成とすることにより、比較的簡単な構成でインバータおよび電動機が構成できながら、十分な動力性能が得られ、インバータ数が低減されることによる形状、コストの低減ができるものとなる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ装置の回路図である。図１において、３相の巻線４１、４２、４３を有する第１の電動機４４、３相の巻線４５、４６、４７を有する第２の電動機４８、インバータ４９を有しており、複数の電動機、すなわち第１の電動機４４と第２の電動機４８の接続は、巻線４１、４５が直列に接続され、巻線４２、４６が直列に接続され、巻線４３、４７が直列に接続されるという形で直列接続された上で、インバータ４９から３相の交流出力を受けて駆動されるものとなっている。
【００１６】
なお、インバータ４９は直流電源５０から２３０Ｖの直流電圧を受けているが、これについてはさらに具体的に言えば、例えば１００Ｖ交流電源を倍電圧整流などして構成したものから成り立たせ得るものである。
【００１７】
さらに第１の電動機４４は、巻線４１、４２、４３と磁気的に鎖交する永久磁石５１、５２を設けてベアリング等の軸受けにより回転自在とした回転子５３、およびホールＩＣ５５、５６、５７によって構成し、巻線４１、４２、４３に対する永久磁石５１、５２の相対位置を検知する位置検知手段５８を有するものとなっている。
【００１８】
第２の電動機４８は、カゴ形の回転子６０を有し、非常に一般的に用いられる誘導電動機の構成となっているものであり、巻線４５、４６、４７に供給された３相の電流によって発生する回転磁界に引きずられるように回転し、負荷であるファン６１を回転するものとなっており、本実施の形態においては、第２の電動機４８およびファン６１は、インバータ４９と同一のプリント基板上に実装され、ファン６１はインバータ４９内の発熱部品を冷却できるように設けられているものとなっている。
【００１９】
インバータ４９は、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とダイオードで構成した６石のスイッチング素子７０、７１、７２、７３、７４、７５を有する３相６石の構成となっており、駆動回路７６はスイッチング素子７０、７１、７２、７３、７４、７５をオンオフ制御することにより、３相の交流を出力するものとなっている。
【００２０】
図２において、（ア）はホールＩＣ５５の出力電圧波形、（イ）はホールＩＣ５６の出力電圧波形、（ウ）はホールＩＣ５７の出力電圧波形である。
【００２１】
図３において、（ア）はスイッチング素子７０のゲート電圧波形、（イ）はスイッチング素子７１のゲート電圧波形、（ウ）はスイッチング素子７２のゲート電圧波形、（エ）はスイッチング素子７３のゲート電圧波形、（オ）はスイッチング素子７４のゲート電圧波形、（カ）はスイッチング素子７５のゲート電圧波形である。
【００２２】
これらの動作波形図に示されている動作は、一般によく知られている１２０度通電と呼ばれるものであり、ホールＩＣ５５、５６、５７から信号が駆動回路７６に入力されると、スイッチング素子７０、７１、７２、７３、７４、７５が駆動回路７６からの信号により、所定電気角（６０度）毎に順序よくオンオフするものとなっている。
【００２３】
なお、スイッチング素子７０、７１、７２に関しては、電気角１２０度の期間内についてずっとオン状態を保つのではなく、所定のキャリア周波数、例えば４ｋＨｚなどを周期として細かくオンオフを繰り返し、そのオン期間の比率を加減することにより、出力の電圧の制御を行い、速度の加減などを自由に行うことができるものとなっている。
【００２４】
インバータ４９は、上記のような動作を行うことに３相の交流の出力を行うが、本実施の形態では、直列に接続された第２の電動機４８と第１の電動機４４に同一の３相の電流を供給し、１つのインバータ４９で２つの電動機４４、４８の駆動がなされるものとなる。
【００２５】
ここで、本実施の形態では、第１の電動機４４は例えば数１０Ｗから数キロＷというような比較的大きなパワーのものであるのに対し、第２の電動機４８についてはファン６１によってインバータ４９に冷却風を供給するという目的に十分となる数Ｗ程度以下の小型のもので構成している。
【００２６】
このため、インバータ４９から供給される電流の値としては、第１の電動機４４が十分駆動できるように数Ａ以上となり、第２の電動機の巻線４５、４６、４７は２〜３ターン程度で十分に機能するものとなり、各巻線４５、４６、４７の両端子間にかかる電圧は１Ｖ程度以下というような極めて小さい値で済むことから、インバータ４９の出力電圧を有効に第１の電動機４４に供給することができるものとなる。
【００２７】
また、第１の電動機４４に関しては、位置検知手段５８による永久磁石５１、５２の位置の検知が精度良く行われるものとなっていることから、永久磁石５１、５２と巻線４１、４２、４３の相互作用によって発生する誘導起電力に対して、位相差が少ない電流が供給され、効率よくトルクが発生する特性がえられるものとなる。
【００２８】
また、例えば駆動回路７６にさらに進角制御などを加えることにより、ｄ軸電流を零として電流が有効にトルクに変換されるような制御なども行うことができるものとすることもできる。
【００２９】
第２の電動機４８に関しては、巻線４５、４６、４７に流れる電流の周波数は、第１の電動機４４の速度によって決まってしまうものであるため、第１の電動機４４が高速で駆動されている場合には高周波で、第１の電動機４４が低速で駆動されている場合には低周波である。
【００３０】
例えば、冷媒を圧縮するコンプレッサの場合などモータを駆動するインバータ機器の多くのものは、第１の電動機の速度が高い条件で、パワーが大きくなり、インバータ４９を構成する部品であるスイッチング素子７０、７１、７２、７３、７４、７５の損失パワー、すなわち発熱が多くなり、このようなインバータ装置の場合には、ちょうどインバータ４９の発熱が大きくなる時に第２の電動機４８によるファン６１の速度も高くなるので、効果的にインバータ４９の冷却が行われるという効果が得られるものとなる。
【００３１】
また、第１の電動機４４の負荷の変動などによって、比較的短時間の間に第１の電動機４４の速度が大きく変化する場合も考えられるが、本実施の形態においては第２の電動機４８は誘導電動機という構成をとっていることから、脱調などで第２の電動機４８の回転が止まってしまうと言うようなことはなく、多少のスベリによる回転速度の低下はあっても、冷却用のファン６１は十分に駆動されるものとなっており、インバータ４９に十分な冷却効果を上げることができるものとなっている。
【００３２】
また、本実施の形態では、３相である第１の電動機４４の端子数は３個で済んでいるので、例えば冷媒を圧縮する圧縮機（コンプレッサ）などに使用する際にも有効に作用するが、第２の電動機４８については、第１の電動機４４と同様にやはり３相として構成しているため、各巻線４５、４６、４７の端子数は合計６個となる。しかしながら、インバータ４９と同じプリント基板に実装することにより、配線は特に面倒となることはない。
【００３３】
ただし、第２の電動機４８を第１の電動機４４よりもインバータ４９に近い側に接続することが絶対的な条件ということではなく、逆として、インバータ４９からまず第１の電動機４４を接続し、その後ろに第２の電動機４８を接続してもかまわないが、その場合には第１の電動機４４が６端子となる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、位置検知手段５８はホールＩＣ５５、５６、５７により、永久磁石５１、５２の極性を直接検知するもので構成しているが、位置検知手段５８は必ずしもこのような構成のものでなくてもよく、例えば光学式のものや、永久磁石５１、５２が回転することにより３相の端子に発生する誘導起電力を電圧検知回路などを用いて検知する構成や、３相の電流からマイクロコンピュータ等で位置検知を行うもの、また直流電源５０から供給される直流部分の電流の瞬時値から３相の各電流値を検出し、マイクロコンピュータ等で計算することにより位置検知を行うものなどであってもかまわない。
【００３５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における第２の電動機をリラクタンス電動機８４を用いて実現している構成図である。図４において、３相の巻線４５、４６、４７は実施の形態１と同等のものであり、回転子８０の構成が若干異なるものとしている。本実施の形態においては、回転子８０は、ちょうど断面図を図４にて示しているように、回転の中心軸８１、アルミニウムを鋳込んで構成した二次導体８２を有しているがここまでの構成においては、一般の誘導電動機のカゴ型回転子と同様であって、短絡回路を形成している。
【００３６】
そしてさらに、回転子８０は鉄板に隙間８３を設けており、これによって４極の電動機としてインダクタンスが大きい（磁束が通りやすい）回転子位置と、インダクタンスが小さい（磁束が通りにくい）回転子位置が発生するものとなる。その他の部分のインバータ装置の構成については、実施の形態１と全く同等のものとなっている。
【００３７】
本実施の形態においては、実施の形態１と同様にインバータ４９が第１の電動機４４を駆動すると、リラクタンス電動機で構成した第２の電動機８４の３相の巻線４５、４６、４７にはやはり３相の電流が供給されるものとなる。
【００３８】
ここで回転子８０の速度が回転磁束の速度と大きく差がある場合には、二次導体８２に電流が流れて、これが回転磁界との相互作用でトルクを発生し、この原理においては実施の形態１の誘導電動機を用いて第２の電動機４８が構成されているものと全くの同等である。
【００３９】
そして第２の電動機８４が加速して回転子８０の速度が回転磁界と近くなった時点で、隙間８３により発生する磁束が通りやすい方向が回転磁界に引き込まれ同期して回転するリラクタンストルクが作用するようになり、同期電動機として回転する状態となる。
【００４０】
よって本実施の形態においては、起動時などにおいては二次導体８２に流れる電流による誘導トルクにより同期化まで補助的に加速がなされ、後は同期電動機として回転することになり、そのため同期された後のスベリがなく効率が高く、脱調することもないので、冷却のファン６１が不意に停止してしまう心配もないので信頼性が高いものとなる。そして、リラクタンストルクを発生する構成として、鉄心に隙間８３を設けるという極めて簡単なもので実現させていることから、コストも低く抑えている。
【００４１】
なお、リラクタンスを発生させるための回転子８０の構造としては、本実施の形態に示した隙間８３をもった回転子８０とする構成の他に、回転子の表面に凹凸を設けて磁束が通りやすい凸部と通りにくい凹部を交互に配置するというような方法も用いることができる。
【００４２】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態におけるインバータ装置の回路図を示している。図５においては、第３の電動機８６をインバータ４９と第２の電動機４８の間に設けているが、その他の部分の構成は、実施の形態１と同様のものとしている。本実施の形態において、第３の電動機８６は、３相の巻線８７、８８、８９、およびカゴ形の回転子９０を有した構成となっている。
【００４３】
よって本実施の形態では、第１の電動機４４、第２の電動機４８、第３の電動機８６が１つのインバータ回路４９から３相の交流出力を受けて駆動されることになり、大変に合理的な構成が実現でき、小型、低コストのインバータ装置が実現できるものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、巻線を有する複数の電動機と、インバータを有し、前記複数の電動機は直列に接続して前記インバータに接続して駆動する構成とすることにより、複数の電動機を合理的に駆動するインバータ装置を提供することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインバータ装置の回路図
【図２】同インバータ装置の位置検知手段の出力波形図
【図３】同インバータ装置の駆動回路の出力波形図
【図４】本発明の実施の形態２におけるリラクタンス電動機の断面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるインバータ装置の回路図
【図６】従来の技術におけるインバータ装置の回路図
【符号の説明】
【００４６】
４１  巻線
４２  巻線
４３  巻線
４４  第１の電動機
４５  巻線
４６  巻線
４７  巻線
４８  第２の電動機
４９  インバータ
５１  永久磁石
５２  永久磁石
５８  位置検知手段
６１  ファン
８４  リラクタンス電動機
８６  第３の電動機
８７  巻線
８８  巻線
８９  巻線
【図１】
2006101580.tif 000003
【図２】
2006101580.tif 000004
【図３】
2006101580.tif 000005
【図４】
2006101580.tif 000006
【図５】
2006101580.tif 000007
【図６】
2006101580.tif 000008